本發(fā)明涉及激光成像，具體涉及變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、變錐面彎晶診斷技術(shù)是基于x射線衍射理論的前沿光學(xué)設(shè)計(jì)，近年來(lái)被提出并應(yīng)用于高分辨率x射線光譜信號(hào)診斷領(lǐng)域。其核心原理是通過(guò)設(shè)計(jì)具有連續(xù)變化曲率半徑和傾角的曲面結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)平面晶體的布拉格衍射光路，將發(fā)散x射線光譜在空間維度進(jìn)行壓縮，形成垂直于晶體表面的線聚焦模式。相較于平面晶體，該結(jié)構(gòu)通過(guò)優(yōu)化光子收集立體角，顯著提高了晶體的光通量效率，同時(shí)因其聚焦特性，更易于與x射線條紋相機(jī)、能譜儀等后續(xù)診斷設(shè)備實(shí)現(xiàn)光路耦合。但變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)的高精度動(dòng)態(tài)耦合仍存在技術(shù)瓶頸。

2、為了實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間分布的x射線光譜信號(hào)診斷，需確保變錐面彎晶的x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)陰極狹縫在三維空間內(nèi)高精度重合。然而，x射線條紋相機(jī)必須在真空環(huán)境下工作以接收x射線信號(hào)，而真空條件下的原位調(diào)試極為困難?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用非真空環(huán)境下的可見光模擬x射線光路進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)。但由于可見光的聚焦線與x射線聚焦線存在偏差且該偏差無(wú)法預(yù)估，導(dǎo)致變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)耦合后，x射線聚焦線易偏離陰極狹縫有效區(qū)域，造成時(shí)間掃描信號(hào)丟失或強(qiáng)度非線性失真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)的高精度耦合，本發(fā)明提供了變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法及裝置，所采用的技術(shù)方案具體如下：

2、本發(fā)明第一方面的技術(shù)方案提供了變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，所述方法包括：

3、在相同光路下，分別利用可見光源和x射線照射變錐面彎晶，使所述變錐面彎晶在成像板上分別形成可見光源聚焦線和x射線聚焦線；

4、通過(guò)圖像采集裝置獲取可見光源聚焦線和x射線聚焦線的位置信息，并提取聚焦線相對(duì)偏差；

5、將變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)耦合，并利用可見光源持續(xù)照射變錐面彎晶；

6、根據(jù)圖像采集裝置和聚焦線相對(duì)偏差，通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變錐面彎晶的位置，使x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合。

7、進(jìn)一步地，通過(guò)圖像采集裝置獲取可見光源聚焦線和x射線聚焦線的位置信息，并提取聚焦線相對(duì)偏差，包括：

8、通過(guò)圖像采集裝置獲取可見光源聚焦線與成像板刻度線之間的相對(duì)位置；

9、通過(guò)圖像采集裝置獲取x射線聚焦線與成像板刻度線之間的相對(duì)位置；

10、基于可見光源聚焦線和x射線聚焦線與成像板刻度線之間的相對(duì)位置，計(jì)算聚焦線相對(duì)偏差。

11、進(jìn)一步地，根據(jù)圖像采集裝置和聚焦線相對(duì)偏差，通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變錐面彎晶的位置，使x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合，包括：

12、根據(jù)圖像采集裝置實(shí)時(shí)觀測(cè)x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)陰極狹縫的空間位置；

13、三維調(diào)整機(jī)構(gòu)基于聚焦線相對(duì)偏差調(diào)節(jié)變錐面彎晶的空間位姿，使x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合。

14、進(jìn)一步地，所述可見光源為白光光源。

15、進(jìn)一步地，所述成像板的表面設(shè)有與圖像采集裝置像素坐標(biāo)匹配的刻度線。

16、進(jìn)一步地，所述圖像采集裝置為配置為固定焦距的ccd或cmos攝像頭。

17、進(jìn)一步地，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)變錐面彎晶的俯仰角、水平平移和垂直平移自由度，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整步長(zhǎng)精度為1微米。

18、進(jìn)一步地，所述方法還包括：通過(guò)圖像采集裝置采用亞像素級(jí)對(duì)齊提取聚焦線相對(duì)偏差，且圖像采集裝置實(shí)時(shí)反饋x射線聚焦線與陰極狹縫的重合度。

19、進(jìn)一步地，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)為閉環(huán)控制，其調(diào)節(jié)指令由圖像采集裝置的實(shí)時(shí)反饋信號(hào)生成。

20、本發(fā)明第二方面的技術(shù)方案提供了變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合裝置，采用本發(fā)明第一方面的技術(shù)方案所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，所述裝置包括：

21、可見光源模塊，用于提供光斑尺寸不大于200微米的可見光；

22、x射線源模塊，用于產(chǎn)生x射線信號(hào)；

23、變錐面彎晶，其曲率半徑與x射線衍射角動(dòng)態(tài)匹配，用于將入射光衍射為聚焦線；

24、成像板，表面設(shè)有刻度線，用于記錄可見光源聚焦線與x射線聚焦線；

25、圖像采集裝置，用于獲取聚焦線位置信息并計(jì)算相對(duì)偏差；

26、三維調(diào)整機(jī)構(gòu)，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整變錐面彎晶的空間姿態(tài)；

27、x射線條紋相機(jī)，用于接收與陰極狹縫重合的x射線聚焦線信號(hào)，并進(jìn)行時(shí)間分辨光譜診斷。

28、本發(fā)明具有如下有益效果：

29、本發(fā)明提供的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，通過(guò)成像板和圖像采集裝置，實(shí)現(xiàn)了可見光源聚焦線與x射線聚焦線的定量比對(duì)，解決了非真空環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合的技術(shù)問(wèn)題；在實(shí)際應(yīng)用中，避免了因可見光源聚焦線與x射線聚焦線偏差引起的偏離陰極狹縫有效區(qū)域的情況。另一方面，本發(fā)明根據(jù)圖像采集裝置和聚焦線相對(duì)偏差，通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變錐面彎晶的位置，使x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合，顯著提升了變錐面彎晶與條紋相機(jī)的耦合精度，確保陰極狹縫對(duì)x射線信號(hào)的高效捕獲，避免了光譜信號(hào)丟失及失真問(wèn)題，滿足高時(shí)間分辨x射線診斷實(shí)驗(yàn)的需求。

技術(shù)特征：

1.變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，通過(guò)圖像采集裝置獲取可見光源聚焦線和x射線聚焦線的位置信息，并提取聚焦線相對(duì)偏差，包括：

3.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，根據(jù)圖像采集裝置和聚焦線相對(duì)偏差，通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變錐面彎晶的位置，使x射線聚焦線與x射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合，包括：

4.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述可見光源為白光光源。

5.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述成像板的表面設(shè)有與圖像采集裝置像素坐標(biāo)匹配的刻度線。

6.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述圖像采集裝置為配置為固定焦距的ccd或cmos攝像頭。

7.如權(quán)利要求1所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)變錐面彎晶的俯仰角、水平平移和垂直平移自由度，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整步長(zhǎng)精度為1微米。

8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述方法還包括：通過(guò)圖像采集裝置采用亞像素級(jí)對(duì)齊提取聚焦線相對(duì)偏差，且圖像采集裝置實(shí)時(shí)反饋x射線聚焦線與陰極狹縫的重合度。

9.如權(quán)利要求8所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，其特征在于，所述三維調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)為閉環(huán)控制，其調(diào)節(jié)指令由圖像采集裝置的實(shí)時(shí)反饋信號(hào)生成。

10.變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合裝置，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的變錐面彎晶與x射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法，所述裝置包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及變錐面彎晶與X射線條紋相機(jī)高精度動(dòng)態(tài)耦合方法及裝置，所述方法包括：在相同光路下，分別利用可見光源和X射線照射變錐面彎晶，使所述變錐面彎晶在成像板上分別形成可見光源聚焦線和X射線聚焦線；通過(guò)圖像采集裝置獲取可見光源聚焦線和X射線聚焦線的位置信息，并提取聚焦線相對(duì)偏差；將變錐面彎晶與X射線條紋相機(jī)通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)耦合，并利用可見光源持續(xù)照射變錐面彎晶；根據(jù)圖像采集裝置和聚焦線相對(duì)偏差，通過(guò)三維調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變錐面彎晶的位置，使X射線聚焦線與X射線條紋相機(jī)的陰極狹縫重合。其目的在于，實(shí)現(xiàn)變錐面彎晶與X射線條紋相機(jī)的高精度耦合。

技術(shù)研發(fā)人員：韋敏習(xí),孫奧,楊國(guó)洪,陳韜,趙妍,何小安,王峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15